CRISPR también sirve para detectar y atacar al coronavirus

Las herramientas CRISPR de edición genética han ofrecido múltiples pruebas de su versatilidad desde que su uso empezó a generalizarse en 2013. Son casi un comodín que puede usarse en cualquier circunstancia en la que haya material genético de por medio. El penúltimo de los retos es la actual crisis sanitaria causada por el coronavirus SARS-CoV-2. ¿Qué pueden aportar las herramientas CRISPR para luchar contra la COVID-19?

Las tijeras programables CRISPR, una nucleasa Cas (que habitualmente corta el ADN) guiada por una pequeña molécula de ARN (que le dice a la proteína Cas dónde tiene que cortar), son extraordinariamente variables en las bacterias y arqueas de las que provienen. Tal variedad explica que se hayan podido identificar proteínas Cas con distintas propiedades y aplicaciones, más allá del arquetípico sistema CRISPR-Cas9 que es el que mayoritariamente se ha utilizado en todo el mundo.

Existen unas nucleasas Cas que no cortan el ADN sino el ARN, también guiadas por pequeñas moléculas de ARN. Por ejemplo, la proteína Cas13a, descrita en 2017 por el laboratorio de Feng Zhang del instituto BROAD del MIT en Boston (EE. UU.). Estos investigadores descubrieron que cuando Cas13a encontraba el ARN complementario a su guía era capaz de cortarlo. Inmediatamente enloquecía y empezaba a cortar, inespecíficamente, el resto de ARN que estuviera en ese tubo de ensayo. Este aparente fiasco fue un acicate para Feng Zhang, capaz de convertir este resultado inesperado en una oportunidad para diseñar una nueva aplicación para estas herramientas CRISPR: el diagnóstico.

Zhang incluyó en el tubo de ensayo unas pequeñas moléculas de ARN sintético que tenían un marcador fluorescente y un inhibidor de esta fluorescencia en cada extremo. Inicialmente estas moléculas no brillaban (la presencia del inhibidor impedía ver la fluorescencia), pero tan pronto la Cas13a activada procedía a cortarlas entonces el marcador fluorescente se separaba del inhibidor y podía manifestar su luminosidad.

Esto solo sucedía cuando la Cas13a había reconocido previamente el ARN problema que quería detectarse, el que había permitido que la Cas13a empezará a cortar, primero específicamente y luego indiscriminadamente. Este novedoso sistema para diagnosticar la presencia de un ARN determinado en una mezcla recibió el nombre de SHERLOCK, acrónimo sugerente que juega con la descripción de la técnica en inglés.

A principios de este año se ha adaptado SHERLOCK para que detecte el virus SARS-CoV-2, cuyo genoma es una molécula de ARN. El test es rápido (1 hora) y tiene una sensibilidad capaz de detectar hasta 10 copias del virus por microlitro (una millonésima de litro). De momento solo está autorizado para su uso experimental. Tiene pendiente el proceso de validación y autorización por la FDA, antes de que pueda ser usada en hospitales masivamente.

Un ‘detector’ de coronavirus

Otra de las investigadoras claves en la pequeña pero intensa historia de las herramientas CRISPR describió en 2018 un sistema alternativo de diagnóstico, basado en la nucleasa Cas12a. Esta proteína corta habitualmente ADN, guiada por una molécula pequeña de ARN (como la Cas9), pero, en el laboratorio, una vez encuentra su secuencia diana también enloquece y puede cortar otras moléculas de ADN de cadena sencilla, lo cual permite imaginar el uso de chivatos parecidos a los diseñados por Zhang, que puedan detectarse por luz o por cualquier otra reacción química al ser cortados.

Ese sistema recibió el nombre de DETECTR (pronunciado en inglés como “detector”). En este caso, el sistema de diagnóstico es un poco más complejo, pues para poder aplicarlo en la detección de coronavirus, cuyo genoma es una molécula de ARN, lo primero que hay que hacer es convertirlo a ADN mediante un ciclo de transcriptasa inversa. Una vez ya en formato ADN el genoma del virus puede ser detectado con su guía de ARN correspondiente y, tras la activación específica de la nucleasa Cas12a, se produce la respuesta inespecífica que acaba produciendo luz u otra reacción química fácilmente detectable.

Este es el novedoso sistema de diagnóstico, con una sensibilidad similar a SHERLOCK, que acaba de ser publicado. De igual manera tiene pendiente su autorización para poder usarse en la clínica.

Carmen conoce a Sherlock

La penúltima vuelta de tuerca de la tecnología CRISPR para la detección del coronavirus SARS-CoV-2 (y de muchos otros virus) se llama CARMEN, otro acrónimo ingenioso propuesto por dos equipos del instituto BROAD en Boston (EEUU), que han decidido combinar SHERLOCK con la tecnología de microfluidos (nanogotas) en un chip que consigue realizar miles de reacciones de detección simultáneas. La versatilidad del nuevo sistema CARMEN permite desde detectar la presencia de centenares de virus distintos en diversos pacientes, a la vez, hasta diagnosticar la presencia del coronavirus causante de la COVID-19 en más de mil muestras clínicas, simultáneamente.

Pacman contra el SARS-CoV-2

Los sistemas CRISPR de edición genética también pueden usarse como arma para luchar contra la infección por el coronavirus. En 2018 se identificó una nucleasa, Cas13d, que era capaz de cortar moléculas de ARN de forma específica, sin enloquecer después, gracias a la acción de pequeñas guías de ARN que le dictaban qué moléculas de ARN debía cortar. Este año, tras alguna propuesta teórica al respecto, unos investigadores consiguieron demostrar, en células humanas en cultivo, que la nucleasa Cas13d era capaz de atactar y degradar el genoma del coronavirus, convirtiéndose en una tijera curativa, que bautizaron con el no menos sugerente nombre de PAC-MAN (recordando el famoso juego de ordenador que en España conocimos como comecocos).

Recientemente, otro laboratorio ha logrado contener la aparente locura de la nucleasa Cas13a, en células y en ratones, al reportar que es posible usarla también para que luche, corte y elimine el genoma de virus ARN como el del coronavirus o el de la gripe. Naturalmente, son necesarias muchos más experimentos para garantizar la seguridad y la eficacia de este tratamiento experimental. Estamos todavía lejos de convertir estos hallazgos de laboratorio en aplicaciones terapéuticas válidas para ser usadas en hospitales con pacientes de la COVID-19, pero sin duda muestran un futuro esperanzador donde los sistemas CRISPR también podrían jugar un papel relevante en la lucha contra la COVID-19.

Lluís Montoliu recibe fondos del Ministerio de Ciencia e Innovación y de proyectos europeos H2020